热塑性复合材料航空应用案例-东丽公司
东丽热塑性复合材料产品
东丽公司的Cetex®热塑性复合材料四十多年来始终处于行业创新前沿，持续引领该领域的技术发展。作为一家能够满足严苛要求的高品质复合材料制造商，该公司凭借其丰富的技术成果赢得了客户的高度认可。其高性能热塑性轻量化材料Cetex®具备优异的机械性能、耐久性和强度，符合主要飞机制造商的规范要求，并在极端条件与环境下完成了耐久性验证。Cetex®产品系列不断演进，适用于批量生产，并以多种纤维与树脂组合形态向客户提供，主要包括：单向(UD)纤维带、织物预浸料、层压材料以及块状模塑料(BMC)。
以下详细介绍东丽公司的热塑性复合材料在航空领域中的先进制造案例：
空客A400M热塑性防冰板
新型空客A400M飞机配备了由TenCate Cetex®玻璃纤维PPS半预浸料(semipreg)制成的防冰板。位于荷兰奈弗达尔的TenCate Advanced Composites公司为各种飞机结构部件和半结构部件供应这种热塑性复合材料。
Fokker Aerostructures公司（位于荷兰霍赫芬）将材料加工成成品面板。这些面板用于保护机身侧面靠近螺旋桨尖端的部分，防止在某些天气条件下，军用运输机螺旋桨甩出的冰块对其造成损坏。选择TenCate Cetex®半预浸料是因为它具有优异的抗冲击性和非常好的耐化学性（除冰和液压/净化液）。这种材料也用于空客A380的固定翼前缘，并已获得空客和波音公司多种结构应用的认证。
TenCate Cetex®热塑性塑料具有以下特点：出色的防火安全性能，OSU < 15/15；快速生产加工<3分钟；符合空客和波音规格认证；通过焊接组装；与TenCate防雷材料结合。
空客A380发动机吊架盖
航空航天业的飞行部件超过一百万个，TenCate Cetex®复合材料的应用范围包括结构部件，如机翼前缘、发动机吊架结构、货舱地板、机身结构的夹子和夹板、声学结构以及内部厨房和座椅。
空客A380发动机吊架罩由Daher公司（位于法国南特）采用TenCate Cetex® PPS/碳纤维层压板制造。TenCate Cetex® TC1100因其出色的韧性以及优异的耐化学性和耐溶剂性而被选中。该材料本身具有阻燃性，烟尘排放量低，并已获得空客和波音公司多种结构应用的认证。它还可以通过冲压成型进行加工，这正是吊架罩生产的要求。该部件是两个发动机吊架上50块面板之一，其顶层采用青铜网，具有防雷击功能。
热塑性厨房推车
复合材料正在逐步取代商用飞机中的铝和其他金属合金，以减轻重量并降低运营成本。作为此趋势的一部分，TenCate最近向Driessen(Zodiac集团旗下公司)供应了其TenCate Cetex® TC1000热塑性复合材料层压板，用于全新Hybrite轻型手推车系列。Driessen Hybrite产品系列旨在融入最时尚、最现代、最尖端的客舱内饰，同时超越严格的航空航天安全和防火要求。
TenCate产品开发流程的一部分是寻求在产品生命周期内最大程度降低环境足迹的方法，同时又不损害安全性或增加重量。TenCate Cetex®层压板的另一个优势在于能够通过热升华打印技术集成表面装饰。这种创新的图像转印技术几乎可以复制所有图形，质量接近照片级，无需贴花，从而节省时间和成本。
TenCate Cetex®用于飞机内饰的优势包括：优异的防火安全性能；无需冷冻储存；处理速度快，循环时间少于3分钟；吸湿性极低；耐溶剂性好；非常适合客户认证的设计项目；有光泽、哑光、拉丝和防滑等多种纹理可供选择；丰富的色彩选择，包括白色、蓝色调、浅灰色和深灰色。
飞机发动机吊架的热塑性上梁
作为荷兰创新计划TAPAS 2（热塑性经济型飞机主结构2，Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structures 2）的一部分，NLR开发了一种使用先进纤维铺放技术(AFP)制造大型厚热塑性复合材料部件的技术。
该部件采用TenCate Cetex® TC1320 C/PEKK单向带制成，长6米，厚28毫米。使用复合材料替代钢材制成的吊架上梁，可以帮助飞机制造商降低生产成本和重量，从而节省飞机的燃油消耗。
TenCate Cetex® TC1320 C/PEKK单向胶带：耐溶剂和化学品；良好的抗冲击性和韧性；吸湿性低，热/湿强度保持性好；阻燃；冲击后压缩性能良好。TenCate Cetex® C/PEKK单向带适用于自动化纤维铺放，结合优异的机械性能，可实现高性能航空航天结构的高效自动化生产。
NLR使用先进的纤维铺放机，将细长的热塑性轨道并排铺设，随后在Fokker的高压釜中将它们“熔合”形成塔架上梁。使用AFP纤维铺放机，材料的“购买飞行比”很高，因为可以在不产生废料边缘的情况下进行现场搭建。
复合材料吊架上梁的制造比钢结构更具可持续性。切割几乎不会留下任何残余材料，剩余材料可回收利用。吊架上梁本身在使用寿命结束后也可以完全粉碎并重新利用。NLR研发的技术也适用于其他飞机部件，例如机翼梁、稳定翼梁和地板梁，并且在航空领域之外也有应用。
首个热塑性后部压力隔板
Premium AEROTEC最近开发了一种创新型热塑性后部压力隔板，采用TenCate Cetex®热塑性复合材料，解决了提高建造速度的挑战，同时减轻了现有单通道飞机的重量。后部压力隔板在客舱和尾部之间形成气密屏障，保持正确的气压并确保安全飞行。它还承载结构载荷，例如来自垂直尾翼的扭转载荷。
该技术演示项目由Premium AEROTEC设计，由8个大小相同的段组成，在凯泽斯劳滕（联邦德国西部城市）的莱布尼茨复合材料研究所（IVW）使用TenCate Cetex® TC1100 C/PPS增强热塑性层压板制造，并在DLR轻量化生产技术中心采用尖端电阻焊接技术组装。
通过利用热塑性复合材料技术，Premium Aerotec已生产出具有以下特点的零件：显著减轻重量（35公斤，而铝制部件为41公斤）；加工和装配时间减少75%；提高生产效率，每月可生产超过一百件；总成本降低幅度>10%；与铝相比，复合材料解决方案更具有竞争力。
此外，所采用的焊接技术可确保：整个表面、物质与物质之间的结合；无需铆钉，从而减少生产时间、重量和成本；高度的工艺可靠性；适合自动化加工和高效批量生产。这一概念是下一代飞机机身的重要组成部分，具有很高的生产率。
本项目技术成果：适用于大型复杂形状（3D形状部件）的前沿热成型工艺；采用均质复合结构（无多余材料）的创新焊接技术；首次在此应用中使用热塑性复合材料（大型主结构）。
混合热塑性尾舵技术演示项目
该技术演示项目由Aerosud制造和设计，展示了用于制造轻质、高强度尾舵的混合材料解决方案.该部件采用TenCate Cetex® TC1100 C/PPS增强热塑性层压板和MC1100块状模塑料，并采用3D打印材料和增材激光制造的钛合金铰链。复合材料与复合材料、以及复合材料与金属接口的连接技术包括感应焊接和超声波点焊，并辅以铆接和螺栓连接。
该舵的分析结果与静态试验结果高度相关，设计载荷为304公斤，综合系数为2.6，断裂载荷为760公斤。TenCate Cetex®增强热塑性层压板的铺层（方向、层压板厚度）采用先进的复合材料成型模拟软件AniForm进行优化。AniForm软件可预测织物的成形性，包括起皱迹象、纤维路径和新的层厚。软件可以轻松研究铺层、坯料形状以及坯料保持器和张紧装置的影响。实际成形结果与模拟结果高度相关，这确实表明此类模拟工具能够实现成功的工艺设计。
TenCate Cetex® TC1100因其出色的材料特性而适用于航空结构应用，包括：高抗冲击性能；优异的耐化学性和耐溶剂性；固有阻燃性，烟雾排放量低；已获得空客和波音的多种结构应用认证。
参考：
[1] Airbus A400M Thermoplastic Ice Protection Plates
[2] Airbus A380 Engine Pylon Covers
[3] Thermoplastic Galley Trolley for Aircraft Interiors
[4] Thermoplastic Upper Spar for an Aircraft Engine Pylon
[5] World's First Thermoplastic Rear Pressure Bulkhead
[6] Hybrid Thermoplastic Tail Rudder Technology Demonstrator
